Untersuchung des PTS-Ntr Systems von Rhizobium leguminosarum

Verfasst von Dr. Jürgen Prell

Untersuchung des PTS-Ntr Systems in Rhizobium leguminosarum

Das „Stickstoff Phosphotransferase“ (PTS-Ntr) System ist ein Paralog zum sehr gut untersuchten PTS Zucker Transport System in E. coli. Es besteht aus einer Phosphorylierungskette aus 3 Proteinen: EINtr (von ptsP kodiert), Npr and EIIANtr (von ptsN kodiert). Die Autophosphorylierung von EINtr stellt dabei den Startpunkt der Phosphorylierungskaskade dar. Das PTS-Ntr System ist im Reich der Bakterien viel weiter verbreitet als PTS Transport Systeme, aber viel weniger gut untersucht. Mutationen des PTS-Ntr Systems verursachen pleiotrophe Phänotypen in vielen Bakterien, aber direkte funktionale Zusammenhänge wurden erst vor Kurzem erstmalig in E. coli  beschrieben (Lee et al. 2007; Lüttmann et al. 2009). Das E.coli PTS-Ntr System interagiert direkt mit verschiedenen K+ Transport System unterschiedlicher Affinitäten über das nicht phosphoryliertes EIIANtr Protein und kontrolliert deshalb vermutlich das zelluläre K+ Gleichgewicht.

Eine Mutation von ptsP, das für das EINtr kodiert führt in Rhizobium leguminosarum Rlv3841 ebenfalls zu einem pleiotrophen Phänotype. Die Mutante bildet im Gegensatz zum WT trockene Kolonien und wächst schlecht auf organischen Stickstoffquellen und Dikarbonsäuren. Am Eindrucksvollsten ist jedoch die niedrige Aktivität einer Vielzahl von ABC Transportsystemen. Dieser Mangel an Aktivierung von ABC Transportern, der post transnationell reguliert ist, könnte eine Vielzahl der beschriebenen pleiotrophen Phänotypen von PTS-Ntr Mutanten erklären. Die Regulation durch PtsP involviert auch zwei ptsN Kopien, die für EIIANtr Komponenten kodieren, was auf eine funktionelle Phosphorylierungskaskade schließen läßt. Wie auch in E. coli, reguliert das PTS-Ntr System in Rlv3841 auch das zelluläre K+ Gleichgewicht über die transkriptionelle Aktivierung des hoch affinen ATP abhängigen K+ Transporters KdpABC. Dies verläuft ebenfalls über eine direkte Interaktion von unphosphoryliertem EIIANtr mit dem zwei Komponenten Regulatorsystem KdpDE. Folglich ist in ptsP Mutanten, die PtsN1 und PtsN2 nicht phosphorylieren können, KdpABC konstitutiv aktiviert. Dies steht im genauen Gegensatz zur beobachteten Inaktivierung der ABC Transporter, die von phosphoryliertem PtsN reguliert wird. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, das ATP abhängige Transportsysteme über das PTS-Ntr System reguliert werden und abhängig vom zellulären Energiestatus sind. ABC Transporter werden eventuell unter ATP Mangel zugunsten des essentiellen K+ Gleichgewichts herunter reguliert.

Lee CR, Cho SH, Yoon MJ, Peterkofsky A and Seok YJ (2007) Escherichia coli enzyme IIANtr regulates the K+ transporter TrkA. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104: 4124-4129.

Luttmann D, Heermann R, Zimmer B, Hillmann A, Rampp IS, Jung K and Gorke B, (2009) Stimulation of the potassium sensor KdpD kinase activity by interaction with the phosphotransferase protein IIANtr in Escherichia coli. Mol. Microbiol. 72: 978-994.

Prell J, Mulley G, Haufe F, White JP, Williams A, Karunakaran R, Downie JA and Poole PS (2012) The PTSNtr system globally regulates ATP dependent transporters in Rhizobium leguminosarum. Mol. Microbiol. accepted